Единица измерения

Единица измерения , или единица измерения , — это определенная величина величины , определенная и принятая соглашением или законом, которая используется в качестве эталона для измерения одного и того же вида величины . ^[1] Любая другая величина такого рода может быть выражена кратной единице измерения. ^[2]

Например, длина — это физическая величина . Метр . (обозначение м) — это единица длины, обозначающая определенную заранее заданную длину Например, когда речь идет о «10 метрах» (или 10 м), на самом деле имеется в виду 10-кратная определенная заранее определенная длина, называемая «метр».

Определение, согласование и практическое использование единиц измерения сыграли решающую роль в человеческой деятельности с раннего возраста до настоящего времени. множество систем единиц Раньше было очень распространено . Сейчас существует глобальный стандарт — Международная система единиц (СИ), современная форма метрической системы .

В торговле меры веса и меры часто являются предметом государственного регулирования в целях обеспечения справедливости и прозрачности. Перед Международным бюро мер и весов (BIPM) стоит задача обеспечить единообразие измерений во всем мире и их соответствие Международной системе единиц (СИ).

Метрология – это наука о разработке национальных и международных единиц измерения.

В физике и метрологии единицы представляют собой стандарты измерения физических величин, которым для использования необходимы четкие определения. Воспроизводимость экспериментальных результатов занимает центральное место в научном методе . Стандартная система единиц облегчает это. Научные системы единиц представляют собой усовершенствованную концепцию мер и весов, исторически разработанную для коммерческих целей. ^[3]

В науке , медицине и технике часто используются большие и меньшие единицы измерения, чем те, которые используются в повседневной жизни. Разумный выбор единиц измерения может помочь исследователям в решении проблем (см., например, анализ размерностей ).

В социальных науках не существует стандартных единиц измерения.

История

Единица измерения — это стандартизированное количество физического свойства, используемое в качестве фактора для выражения встречающихся количеств этого свойства. Единицы измерения были одними из первых инструментов, изобретенных человеком. Первобытным обществам требовались элементарные меры для решения многих задач: строительства жилищ подходящего размера и формы, изготовления одежды или обмена продуктов питания или сырья.

Самые ранние известные единые системы измерения, по-видимому, были созданы где-то в 4-м и 3-м тысячелетиях до нашей эры среди древних народов Месопотамии , Египта и долины Инда , а , возможно, также Элама в Персии также .

Меры и веса упоминаются в Библии (Левит 19:35–36). Это заповедь быть честным и применять справедливые меры.

В Великой хартии вольностей 1215 года (Великой хартии) с печатью короля Джона , представленной ему баронами Англии, король Джон согласился в статье 35: «Во всем нашем королевстве должна быть одна мера вина и одна мера вина». эля и одну меру кукурузы, а именно, лондонскую кварту; и одну ширину крашеной, красновато-коричневой ткани и кольчуги, а именно, на два локтя ниже кромки...»

В XXI веке в мире преимущественно используется Международная система. Существуют и другие системы единиц, которые используются во многих местах, такие как обычная система Соединенных Штатов и имперская система. Соединенные Штаты — единственная промышленно развитая страна, которая еще, по крайней мере, в основном не перешла на метрическую систему. ^[4] Систематические усилия по разработке универсально приемлемой системы единиц начались в 1790 году, когда Национальное собрание Франции поручило Французской академии наук разработать такую систему единиц. Эта система была предшественником метрической системы, которая была быстро разработана во Франции, но не получила всеобщего признания до 1875 года, когда 17 стран подписали Договор о Метрической конвенции. После подписания этого договора была создана Генеральная конференция мер и весов (ГКМВ). ГКМВ разработала действующую СИ, которая была принята в 1954 году на 10-й Конференции мер и весов. В настоящее время Соединенные Штаты представляют собой общество с двойной системой, в котором используются как СИ, так и обычная система США. ^[5]^[6]

Системы единиц

Использование единой единицы измерения некоторых величин имеет очевидные недостатки. Например, непрактично использовать одну и ту же единицу измерения расстояния между двумя городами и длины иглы. Таким образом, исторически они развивались независимо. Один из способов облегчить чтение больших чисел или мелких дробей — использовать префиксы единиц измерения .

Однако в какой-то момент времени может возникнуть необходимость связать эти две единицы и, следовательно, необходимость выбрать одну единицу как определяющую другую или наоборот. Например, дюйм можно определить как ячменное зерно . Система измерения – это совокупность единиц измерения и правил, связывающих их друг с другом.

По мере развития науки возникла необходимость соотнести системы измерения разных величин, как длины, веса и объема. Попытка связать различные традиционные системы друг с другом выявила множество несоответствий и привела к разработке новых единиц и систем.

Системы единиц различаются от страны к стране. Некоторые из различных систем включают системы сантиметр-грамм-секунда , фут-фунт-секунда , метр-килограмм-секунда и Международную систему единиц СИ. Среди различных систем единиц, используемых в мире, наиболее широко используемой и признанной на международном уровне является СИ. Базовыми единицами СИ являются секунда, метр, килограмм, ампер, кельвин, моль и кандела; все остальные единицы СИ получены из этих базовых единиц. ^[7]^[8]^: 132

Системы измерения в современном использовании включают метрическую систему , имперскую систему и обычные единицы Соединенных Штатов .

Традиционные системы

Исторически многие из использовавшихся систем измерения в той или иной степени основывались на размерах человеческого тела. К таким единицам, которые можно назвать антропными единицами , относятся локоть , основанный на длине предплечья; темп ; , зависящий от длины шага и нога и рука . В результате единицы измерения могут различаться не только от места к месту, но и от человека к человеку. Единицы, не основанные на человеческом теле, могут быть основаны на сельском хозяйстве, как в случае с фарлонгом и акром , оба основаны на количестве земли, которую может обработать упряжка волов .

Метрические системы

Метрические системы единиц эволюционировали с момента принятия первоначальной метрической системы во Франции в 1791 году. Текущая международная стандартная метрическая система — это Международная система единиц (сокращенно СИ). Важной особенностью современных систем является стандартизация . Каждая единица имеет общепризнанный размер.

И имперские единицы , и обычные единицы США произошли от более ранних английских единиц . Имперские единицы в основном использовались в Британском Содружестве и бывшей Британской Империи . Обычные единицы измерения США по-прежнему являются основной системой измерения, используемой в Соединенных Штатах за пределами науки, медицины, многих секторов промышленности, а также некоторых государственных и военных структур, несмотря на то, что Конгресс официально утвердил метрическую систему мер 28 июля 1866 года. ^[9] некоторые шаги в направлении метрической системы Были предприняты США, в частности, было дано новое определение основных американских и имперских единиц, производных именно от единиц СИ. Со времени международного соглашения о ярдах и фунтах 1959 года американский и имперский дюйм теперь определяются как точно м , а американский и имперский фунт эвердупуа теперь определяются как точно 0,453 592,37 0,0254 кг . ^[10]

Природные системы

В то время как вышеупомянутые системы единиц основаны на произвольных значениях единиц, формализованных в виде стандартов, естественные единицы в физике основаны на физических принципах или выбраны для облегчения работы с физическими уравнениями. Например, атомные единицы (а.е.) были созданы для упрощения волнового уравнения в атомной физике . ^[11]

некоторые необычные и нестандартные единицы В науках можно встретить . К ним может относиться масса Солнца ( 2 × 10 ³⁰ кг ), мегатонна (энергия, выделяющаяся при взрыве одного миллиона тонн тринитротолуола , тротила) и электронвольт .

Юридический контроль мер и весов

Чтобы снизить уровень мошенничества в розничной торговле, во многих национальных законах есть стандартные определения весов и мер, которые можно использовать (отсюда и « законодательная мера »), и они проверяются юристами. ^{[ нужна ссылка ]}

Неформальное сравнение со знакомыми понятиями

В неформальной обстановке количество может быть описано как кратное значению знакомого объекта, что может быть легче контекстуализировать, чем значение в формальной системе единиц. Например, публикация может описывать территорию в чужой стране как число, кратное площади местного региона для читательской аудитории. Склонность к частому использованию определенных понятий может привести к появлению слабо определенных «систем» единиц. ^[12]^[13]

Базовые и производные единицы

Для большинства величин необходима единица измерения, чтобы передать значения этой физической величины. Например, невозможно передать кому-либо определенную длину без использования какой-либо единицы измерения, поскольку длину нельзя описать без ссылки, используемой для понимания данного значения.

Но не все величины требуют собственной единицы измерения. Используя физические законы, единицы величин можно выразить как комбинации единиц других величин. Таким образом, требуется лишь небольшой набор единиц. Эти единицы принимаются в качестве базовых , а остальные единицы являются производными . Таким образом, базовые единицы — это единицы величин, которые не зависят от других величин, и это единицы длины, массы, времени, электрического тока, температуры, силы света и количества вещества. Производные единицы — это единицы величин, которые являются производными от базовых величин, а некоторые из производных единиц — это единицы скорости, работы, ускорения, энергии, давления и т. д. ^[7]

Различные системы единиц основаны на различном выборе набора связанных единиц, включая фундаментальные и производные единицы.

Компоненты физических величин

Следуя ISO 80000-1 , ^[14] любое значение или величина физической величины выражается как сравнение с единицей этой величины. Значение : физической величины Z выражается как произведение числового значения { Z } (чистого числа) и единицы [ Z ]

Z=\{Z\}\times [Z]

Например, пусть $Z$ быть «2 метра»; затем, $\{Z\}=2$ числовое значение и $[Z]=\mathrm {metre}$ это единица.И наоборот, числовое значение, выраженное в произвольной единице, можно получить как:

\{Z\}=Z/[Z]

Знак умножения обычно опускается, так же, как он опускается между переменными в экспоненциальном обозначении формул. Соглашение, используемое для выражения величин, называется количественным исчислением . В формулах единицу [ Z ] можно рассматривать так, как если бы это была определенная величина какого-то физического измерения : см. в разделе «Анализ размерностей» . дополнительную информацию об этом

Однородность размеров

Единицы можно добавлять или вычитать только в том случае, если они одного типа; однако единицы всегда можно умножать или делить, как Георгий Гамов объяснял . Позволять $Z$ быть «2 метра» и $W$ «3 секунды», затем

2\,\mathrm {metres} \times 3\,\mathrm {seconds} =\{Z\}\{W\}\times [Z][W]=6\,\mathrm {metres} \times \mathrm {seconds}

.

К юнитам применяются определенные правила:

Могут быть добавлены только подобные термины. Когда единица делится сама на себя, в результате деления получается безразмерная единица. Когда две разные единицы умножаются или делятся, в результате получается новая единица, называемая комбинацией единиц. Например, в системе СИ единицей скорости является метр в секунду (м/с). См. размерный анализ . Единицу можно умножить саму себя, создав единицу с показателем степени (например, m ²/с ²). Проще говоря, единицы подчиняются законам индексов. (См. Возведение в степень .)
Некоторые подразделения имеют специальные названия, однако к ним следует относиться как к эквивалентам. Например, один ньютон (Н) эквивалентен 1 кг⋅м/с. ². Таким образом, величина может иметь несколько обозначений единиц измерения, например: единица поверхностного натяжения может обозначаться либо Н/м (ньютон на метр), либо кг/с. ² (килограмм на секунду в квадрате).

Преобразование единиц измерения

Преобразование единиц — это преобразование единицы измерения, в которой выражается количество , обычно с помощью мультипликативного коэффициента преобразования, который изменяет единицу измерения без изменения количества. Это также часто широко понимается как замена величины соответствующей величиной, описывающей то же физическое свойство.

, часто проще Преобразование единиц измерения в метрической системе, такой как СИ системы , чем в других, из-за согласованности и ее метрических префиксов , которые действуют как множители степени 10.

Реальные последствия

Одним из примеров важности согласованных единиц измерения является провал НАСА Марсианского климатического орбитального аппарата , который был случайно уничтожен во время полета на Марс в сентябре 1999 года вместо того, чтобы выйти на орбиту из-за недопонимания о значении сил: разные компьютерные программы использовали разные единицы измерения. измерение ( ньютон против силы фунта ). Значительное количество сил, времени и денег было потрачено впустую. ^[15]^[16]

15 апреля 1999 года Korean Air грузовой рейс 6316 из Шанхая в Сеул был потерян из-за того, что экипаж перепутал инструкции на вышке (в метрах) и показания высотомера (в футах). Три члена экипажа и пять человек на земле погибли. Тридцать семь получили ранения. ^[17]^[18]

В 1983 году у Боинга 767 (который благодаря навыкам планирования пилота благополучно приземлился и стал известен как планер Гимли ) закончилось топливо в середине полета из-за двух ошибок в расчете запаса топлива первого самолета Air Canada , который использовал метрические измерения. ^[19] Эта авария стала результатом как путаницы из-за одновременного использования метрических и имперских мер, так и путаницы мер массы и объема.

Планируя свое путешествие через Атлантический океан в 1480-х годах, Колумб ошибочно предположил, что миля, упомянутая в арабской оценке, составляет ⁠56 + 2/3 , ⁠ такими же мили для размера градуса были как на самом деле гораздо более короткая итальянская миля - 1480 метров. Таким образом, его оценка размера градуса и окружности Земли была примерно на 25% занижена. ^[20]^: 1^: 17

См. также

Примечания

Пояснительные примечания

Цитаты

^ «единица измерения». Международный словарь метрологии - основные и общие понятия и связанные с ними термины (VIM) (PDF) (на английском и французском языках) (3-е изд.). Объединенный комитет руководств по метрологии. 2008. стр. 6–7. Архивировано из оригинала (PDF) 7 июня 2011 года .
^ «Единицы измерения» . www.ibiblio.org .
^ «1.3 Язык физики: физические величины и единицы | Texas Gateway» . www.texasgateway.org .
^ Джунта, Кармен Дж. (2023). Метрическая система и США . Чам: Международное издательство Springer. стр. 69–78. дои : 10.1007/978-3-031-28436-6_6 . ISBN 978-3-031-28435-9 .
^ Юнус А. Ченгель; Майкл А. Боулс (2002). Термодинамика: инженерный подход (восьмое изд.). МакГроу Хилл. п. 996. ИСБН 9780073398174 .
^ Додд, Ричард (2012). Использование единиц СИ в астрономии . Издательство Кембриджского университета. п. 246. дои : 10.1017/CBO9781139019798 . ISBN 9780521769174 .
^ Jump up to: ^а ^б «Измерения в физике и единицы измерения СИ» . Помогите вам лучше . 15 ноября 2018 года . Проверено 15 августа 2019 г.
^ «9-е издание брошюры SI» . МБМВ. 2019 . Проверено 20 мая 2019 г.
^ «Закон США о метрической системе 1866 года» . Архивировано из оригинала 10 октября 2014 г. с поправками, внесенными Публичным законом № 110–69 от 9 августа 2007 г.
^ «Справочник NIST 44, Приложение B» . Национальный институт стандартов и технологий . 2002. Архивировано из оригинала 13 февраля 2007 года . Проверено 18 февраля 2007 г.
^ Хартри, ДР (1928). «Волновая механика атома с некулоновским центральным полем. Часть I. Теория и методы» . Математические труды Кембриджского философского общества . Том. 24, нет. 1. Издательство Кембриджского университета. стр. 89–110. Бибкод : 1928PCPS...24...89H . дои : 10.1017/S0305004100011919 .
^ Марш, Дэвид (17 мая 2010 г.). «Следите за своим языком: Уэльс, Бельгия и другие единицы измерения» . Хранитель . Проверено 30 августа 2018 г.
^ «Размеры Уэльса» . Экономист . Проверено 30 августа 2018 г.
^ «ISO 80000-1:2009(ru) Величины и единицы. Часть 1: Общие положения» . Международная организация по стандартизации . Проверено 12 мая 2023 г.
^ «Смешение единиц» . Метрическая ассоциация США. Архивировано из оригинала 23 сентября 2010 года.
^ «Отчет Комиссии по расследованию происшествий с марсианским климатическим орбитальным аппаратом, этап I» (PDF) . НАСА. 10 ноября 1999 г. Архивировано из оригинала (PDF) 16 марта 2011 г.
^ «Рейс 6316 Korean Air» (пресс-релиз). НТСБ . Архивировано из оригинала 6 октября 2006 года.
^ «Инцидент с Korean Air» . Сеть авиационной безопасности. Архивировано из оригинала 31 июля 2013 года.
^ Уиткин, Ричард (30 июля 1983 г.). «Топливо самолета закончилось из-за ошибок метрической конвертации» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 августа 2007 г. Вчера компания Air Canada заявила, что в ее самолете Boeing 767 на прошлой неделе в полете закончилось топливо из-за двух ошибок при расчете запаса топлива для первого самолета авиакомпании, использующего метрические измерения. После того, как оба двигателя потеряли мощность, пилоты совершили то, что сейчас считается первой успешной аварийной . посадкой коммерческого реактивного лайнера
^ Нанн, Джордж Эмра. «Географические концепции Колумба: критическое рассмотрение четырех проблем». № 14. Нью-Йорк: Американское географическое общество, 1924. 1–2 17–18.

Внешние ссылки

Роулетт, Расс (2018) Сколько? Словарь единиц измерения
Справочник NIST 44 , Спецификации, допуски и другие технические требования к устройствам для взвешивания и измерения.
Официальный сайт СИ
Структура количественной системы — библиотека количественной системы и калькулятор для преобразования единиц измерения и прогнозирования количеств
Список единиц с выбранными коэффициентами пересчета

Исторический

«Арифметические соглашения для преобразования между римскими [то есть османскими] и египетскими единицами измерения» — это рукопись 1642 года на арабском языке, посвященная единицам измерения.
«Весы и меры» . Новая международная энциклопедия . 1905.

Юридический

Ирландия – Закон о метрологии 1996 г.
Текст Положений о единицах измерения 1995 года, действующих на сегодняшний день (включая любые поправки) на территории Соединенного Королевства, с сайта законодательного собрания.gov.uk .

Метрическая информация

МБМВ (официальный сайт)
Единый кодекс единиц измерения (UCUM)

[1] «единица измерения». Международный словарь метрологии - основные и общие понятия и связанные с ними термины (VIM) (PDF) (на английском и французском языках) (3-е изд.). Объединенный комитет руководств по метрологии. 2008. стр. 6–7. Архивировано из оригинала (PDF) 7 июня 2011 года .

[2] «Единицы измерения» . www.ibiblio.org .

[3] «1.3 Язык физики: физические величины и единицы | Texas Gateway» . www.texasgateway.org .

[4] Джунта, Кармен Дж. (2023). Метрическая система и США . Чам: Международное издательство Springer. стр. 69–78. дои : 10.1007/978-3-031-28436-6_6 . ISBN 978-3-031-28435-9 .

[5] Юнус А. Ченгель; Майкл А. Боулс (2002). Термодинамика: инженерный подход (восьмое изд.). МакГроу Хилл. п. 996. ИСБН 9780073398174 .

[Using_SI_Units_in_Astronomy-6] Додд, Ричард (2012). Использование единиц СИ в астрономии . Издательство Кембриджского университета. п. 246. дои : 10.1017/CBO9781139019798 . ISBN 9780521769174 .

[:0-7] Jump up to: ^а ^б «Измерения в физике и единицы измерения СИ» . Помогите вам лучше . 15 ноября 2018 года . Проверено 15 августа 2019 г.

[Brochure9_2019-8] «9-е издание брошюры SI» . МБМВ. 2019 . Проверено 20 мая 2019 г.

[9] «Закон США о метрической системе 1866 года» . Архивировано из оригинала 10 октября 2014 г. с поправками, внесенными Публичным законом № 110–69 от 9 августа 2007 г.

[10] «Справочник NIST 44, Приложение B» . Национальный институт стандартов и технологий . 2002. Архивировано из оригинала 13 февраля 2007 года . Проверено 18 февраля 2007 г.

[Hartree28-11] Хартри, ДР (1928). «Волновая механика атома с некулоновским центральным полем. Часть I. Теория и методы» . Математические труды Кембриджского философского общества . Том. 24, нет. 1. Издательство Кембриджского университета. стр. 89–110. Бибкод : 1928PCPS...24...89H . дои : 10.1017/S0305004100011919 .

[12] Марш, Дэвид (17 мая 2010 г.). «Следите за своим языком: Уэльс, Бельгия и другие единицы измерения» . Хранитель . Проверено 30 августа 2018 г.

[13] «Размеры Уэльса» . Экономист . Проверено 30 августа 2018 г.

[Physical_quantity_ISO_80000-1-14] «ISO 80000-1:2009(ru) Величины и единицы. Часть 1: Общие положения» . Международная организация по стандартизации . Проверено 12 мая 2023 г.

[mixups-15] «Смешение единиц» . Метрическая ассоциация США. Архивировано из оригинала 23 сентября 2010 года.

[16] «Отчет Комиссии по расследованию происшествий с марсианским климатическим орбитальным аппаратом, этап I» (PDF) . НАСА. 10 ноября 1999 г. Архивировано из оригинала (PDF) 16 марта 2011 г.

[17] «Рейс 6316 Korean Air» (пресс-релиз). НТСБ . Архивировано из оригинала 6 октября 2006 года.

[18] «Инцидент с Korean Air» . Сеть авиационной безопасности. Архивировано из оригинала 31 июля 2013 года.

[19] Уиткин, Ричард (30 июля 1983 г.). «Топливо самолета закончилось из-за ошибок метрической конвертации» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 августа 2007 г. Вчера компания Air Canada заявила, что в ее самолете Boeing 767 на прошлой неделе в полете закончилось топливо из-за двух ошибок при расчете запаса топлива для первого самолета авиакомпании, использующего метрические измерения. После того, как оба двигателя потеряли мощность, пилоты совершили то, что сейчас считается первой успешной аварийной . посадкой коммерческого реактивного лайнера

[20] Нанн, Джордж Эмра. «Географические концепции Колумба: критическое рассмотрение четырех проблем». № 14. Нью-Йорк: Американское географическое общество, 1924. 1–2 17–18.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]